一种基于全反射的倒楼梯状太阳能聚光体，包括由光密介质制成的倒楼梯状准下平面，所述的台阶角度为直角，上平面与水平面的夹角α为光密介质与光疏介质(周围空气)发生全反射时的临界角。据此原理制作的太阳能聚光体仅用一种光学材料构成，从而既有效解决了目前由于玻璃背面反射膜易脱落导致聚光器寿命短以及反射膜对光吸收带来的聚光效率下降等技术问题，又用平面作为接收太阳光的上表面提高了聚光体自洁性能。在高精度自动跟踪系统驱动下使得太阳光垂直入射接收斜面，并且能够根据实际需要改变聚光器形状，直接实现线或者点聚光。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及平行光聚光领域，具体涉及一种基于全反射的倒楼梯状太阳能聚光 体。
技术介绍
太阳能推广应用的障碍之一就是能量密度太低(1千瓦/平方米)，而通过聚光方 式有效提高太阳能密度，是其途径之一。而对于反射式和透射式二种基本聚光方法在应用 中都存在具体实际问题反射式聚光器中最常用的是利用玻璃材料背面涂覆反射层方法实 现太阳能聚光，这种聚光装置存在着在室外恶劣环境下反射膜脱落的问题；透射式聚光器 中更多的是采用费涅尔透镜作为聚光体来实现太阳光汇聚，但该装置又一直存在着自洁性 能差以及易老化等技术问题，从而直接影响到应用推广。专利技术专利“基于全反射的准平面侧射式太阳能聚光体”虽然通过聚光体只需要玻 璃一种材料就能够在全反射情况下实现太阳能聚光，有效解决了目前由于反射膜脱落导致 聚光器寿命短的问题，也避免了反射膜对光吸收带来的聚光效率下降问题，而且能够根据 实际需要改变聚光器形状，直接实现线或者点聚光，但是在实际加工制作和应用中仍然存 在着以下问题由于锯齿状斜面组成的上准平面的光学加工使得成本上升以及不平滑性带 来的自洁性能差问题，而玻璃材料对于全反射后太阳光的通过时的衰减作用也是不可忽略 的，如当在玻璃中传播1米距离时太阳光强大约减小为原来的36. 2%。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述缺点，提供一种根据全反射原理把太阳光从聚光体侧 面导出的基于全反射的倒楼梯状太阳能聚光体。有效解决了光学加工锯齿状斜面构成准平 面使得成本上升以及非平滑性构造带来的自洁性能差问题；而且构成折射面的下水平面根 据需要加工成若干个倒楼梯状台阶，在减小全反射后太阳光在玻璃材料中的衰减损失的同 时，还减小了聚光体的厚度和重量。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是包括由光密介质制成的倒楼梯状下 准平面和上平面构成，所述形成下准平面的倒楼梯状台阶式的角度为直角，上平面与水平 面的夹角α为光密介质与光疏介质发生全反射时的临界角。所述的光密介质由玻璃材料制成，光疏介质为自然环境大气。所述的倒楼梯状台阶式为矩形结构时实现太阳能的线聚光。所述的倒楼梯状台阶式为等腰梯形，且其二腰与下边的夹角为临界角α时实现 太阳能的点聚光。本专利技术不同于反射式聚光中受光体处于聚光体的前面，也不同于透射式聚光中受 光体处于聚光体的后面，而是受光体处于聚光体的侧面。通过倒楼梯状聚光体，在高精度自 动跟踪系统保证其受光面垂直正对太阳光的条件下，利用平行光全反射现象，不但有效的 实现了汇太阳光聚后从侧面以线或者点的方式出射的目标，而且和专利技术专利相比，聚光体接收太阳光的上面为一平面，有效解决了光学加工锯齿状斜面构成准平面使得成本上升以 及非平滑性构造带来的自洁性能差问题；另外构成折射面的下水平面根据需要加工成若干 个倒楼梯状直角形台阶，在减小全反射后太阳光在玻璃材料中的衰减损失的同时，还减小 了聚光体的厚度和重量，并降低了聚光体本身加工难度。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2为线聚光时聚光器的俯视图；图3为点聚光时聚光器的俯视图；图4是全反射点聚光光路示意图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。参见图1，本专利技术包括由白玻璃制成的倒楼梯状聚光体1，其上平面3 (受光面)与 水平面4(全反射面)夹角为白玻璃1材料的下平面与自然环境大气2界面发生全反射时 的临界角α，而组成倒楼梯状的台阶为直角，台阶个数的多少与加工成本、太阳光在光密介 质的衰减要求以及减小聚光体本身重量有关。聚光体1在高精度自动跟踪系统的驱动下， 保证太阳光垂直射入受光平面3而进入聚光体；聚光体采用白玻璃，其折射率为1. 8，而空 气的折射率为1，所以其对应的临界角α =33. 7°’;又由于接收平面与水平面夹角为太阳光 从玻璃聚光体(光密介质)出射到空气(光疏介质)时的临界角，所以这时候将发生全反 射现象，所有的入射光线Α、B、C、D都将汇集成Ε，从聚光器的侧面出射，从而达到太阳光汇 聚的目标。参见图2，当受光体为直线形时，其聚光器平面分别为矩形或者梯形，其矩形的宽 度和长度分别决定了线性聚光的长度和强度。参见图3，当受光体为圆点形时，其聚光器平面为等腰梯形，其二腰与下边的夹角 为临界角α，而聚光强度则与梯形的长度和底长度有关。参见图4，平行太阳光按照全反射 定理沿着聚光体底面由左向右前进过程中，又在等腰梯形的二个腰构成的界面处形成全反 射，尔后沿着这二个界面继续前进，最后从等腰梯形的上底面之中与等腰面平行方向射出。 所以点聚光中的受光体应该尽量接近等腰梯形的上底面，否则会因为随着与上底面距离增 大引起汇聚光线发散，从而导致聚光强度的降低。权利要求1.一种基于全反射的倒楼梯状太阳能聚光体，其特征在于包括由光密介质(1)制成 的倒楼梯状下准平面(4)和上平面C3)构成，所述形成下准平面(3)的倒楼梯状台阶式的 角度为直角，上平面(4)与水平面的夹角α为光密介质(1)与光疏介质( 发生全反射时 的临界角。2.根据权利要求1所述的基于全反射的倒楼梯状太阳能聚光体，其特征在于所述的 光密介质(1)由玻璃材料制成，光疏介质( 为自然环境大气。3.根据权利要求1所述的基于全反射的倒楼梯状太阳能聚光体，其特征在于所述的 倒楼梯状台阶式(4)为矩形结构时实现太阳能的线聚光。4.根据权利要求1所述的基于全反射的倒楼梯状太阳能聚光体，其特征在于所述的 倒楼梯状台阶式(4)为等腰梯形，且其二腰与下边的夹角为临界角α时实现太阳能的点聚 光。全文摘要一种基于全反射的倒楼梯状太阳能聚光体，包括由光密介质制成的倒楼梯状准下平面，所述的台阶角度为直角，上平面与水平面的夹角α为光密介质与光疏介质(周围空气)发生全反射时的临界角。据此原理制作的太阳能聚光体仅用一种光学材料构成，从而既有效解决了目前由于玻璃背面反射膜易脱落导致聚光器寿命短以及反射膜对光吸收带来的聚光效率下降等技术问题，又用平面作为接收太阳光的上表面提高了聚光体自洁性能。在高精度自动跟踪系统驱动下使得太阳光垂直入射接收斜面，并且能够根据实际需要改变聚光器形状，直接实现线或者点聚光。文档编号G02B6/00GK102141676SQ20111009149公开日2011年8月3日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日专利技术者吴涛, 宁铎, 张永佳, 张磊 申请人:陕西科技大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于全反射的倒楼梯状太阳能聚光体，其特征在于：包括由光密介质（１）制成的倒楼梯状下准平面（４）和上平面（３）构成，所述形成下准平面（３）的倒楼梯状台阶式的角度为直角，上平面（４）与水平面的夹角α为光密介质（１）与光疏介质（２）发生全反射时的临界角。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宁铎，吴涛，张永佳，张磊，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：87
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